Устройство для измерения переменнойМАгНиТНОй иНдуКции Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано, для прецизионного измерения в широком частотном диапазоне индукции переменных магнитных полей.

Известен измеритель магнитной индукции, предназначенный для определения индукции постоянных и переменных магнитных полей, содержгиций датчик Холла, источник питания датчика Холла, автоматический переключатель, преобразователь напряжение-код и цифровое отсчетное устройство. Устройство позволя ет измерять индукцию постоянного магнитного поля в широком динамическом диапазоне. За счет двухтактной работы в нем автоматически устраняется аддитивная погрешность датчика Хо.пла. При питании датчика Холла от источника постоянного тока данным устройством можно измерять переменные Магнитные поля в широком частотном диапазоне 1 .

Недостаток этого устройства состоит в имеющейся мультипликативной погрешности, обусловленной нестабильностью параметров датчика Холла, тока питания датчика и электрических параметров схемы.

Известно устройство для измерения переменной магнитной индукции, содержащее датчик Холла, источник переменного тока для питания датчика Холла, катушку, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока для питания обмотки катушки, переключатели, преобразователь напряжение-код, делительное устрой0ство, цифровое отсчетное устройство, устройство управления, измеритель частоты, формирователь опорной частоты, схему анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составля5кядих, синхронные детекторы, реверсивный счетчик и амплитудный детектор. Данный измеритель работает следующим образом. На формирователи высокочастотной и низкочастотной составляюсцих 0 и на измеритель частоты поступает выходной сигнал датчика Холла U()lhScosftt ,

f

где IrtCoesvt - ток питания, S - чувствительность датчика Холла к индукции/ - переменная магнитная

индукция;

В - амплитудное значение индукции ; В Дог,- индукция дополнительного магнитного поля. Дальнейшая работа устройства зави сит от частоты измеряемой магнитной индукции Вл, Если ц; Л процесс измерения состои из двух тактов. В первый такт выделя ется и поступает на преобразователь напряжение-код высокочастотная соста ляклцая выходного сигнала датчика Холла B cosiwt Iy,ScosStt. В делительное ус ройство переписывается результат кодированияN;,,SK , где К - коэффициент преобразовани|1 схемы. Во второй такт выделяется и посту пает на кодирование низкочастотная составляющая выходного сигнала датчика Холла Вддп . В делительное устройство переписывается резуль тат кодирования 2 допIM K, После деления N на Nj. делительное устройство фиксирует в виде статичес кого кода число импульсов, пропорциональное измеряемой магнитной индукции Ву и не зависящее от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика Холла и коэффициента пре образования схемы, N -ill-biluSjs.ltn.. Если1«)5, процесс изменения состо ит их трех тактов. В первый такт выделяется высокочастотная составляющая выходного сигнала датчика Холла пропорциональная измеряемой индукции переменного магнитного поля и индукции дополнительного магнитного поля {Вуу,со&ш1 + Вдоп ) IviCo S tS. Результат кодирования запоминается в реверсивном счетчике N ()SIbi. Во втором такте на датчик Холла действует только измеряемое магнитное поле B, )t. Результат прео разования Nji В,1„К поступает на ре версивный счетчик и вычитается из кода N Мэ Н1-Н,Вдоп51,К. В третий такт выхрдной сигнал да чика Холла Sly, Brt,coswtco9Slt поступае на амплитудный детектор. Огибающая этого сигнала поступает на преобразователь напряжение-код. Результат кодирования равен Н Ву,51цК. Результат деления кода N4 на код N пропорционален измеряемой индукци переменного магнитного поля и . Voti Недостатком данного устройства яв ляется большое время измерения: цикл измерения производится за три такта Цель изобретения - повышение быстродействия цикла измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения переменной магнитной индукции, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, датчик Холла, измеритель частот и блок анализа, катушку, в поле которой находится датчик Холла, последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь напряжение-код, делительный блок и цифровое отсчетное устройство, формирователь опорной частоты, подключенный ко второму входу блока анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составляющих, подключенные к датчику Холла, два синхронных детектора, амплитудный детектор, второй переключатель и блок управления, подключенный ко второму переключателю, ко вторым входам цифрового отсчетного устройства, преобразователя напряжение-код и дели-тельного блока, выход формирователя низкочастотной составляющей соединен с первым синхронным детектором, выход формирователя высокочастотной составляющей через второй переключатель соединен с вторым синхронным детектором, амплитудный детектор включен между выходом формирователя высокочастотной составляющей и третьим входом второго переключателя, дополнительно вводятся два дешифратора, первый из которых включен между выходом первого синхронного детектора и вторым входом первого переключателя, а второй - между выходом второго синхронного детектора и третьим входом первого переключателя, причем выход блока анализа подключен к вторым входам первого и второго дешифраторов, второму входу формирователя высокочастотной составляющей и четвертому входу второго переключателя, обмотка катушки соединена с источником переменного тока, блок управления подсоединён к третьему входу формирователя высокочастотной составляющей. Уменьшение времени цикла измерения обусловлено тем, что выделение сигналов, пропорциональных дополнительному и измеряемому магнитным полям, независимо от соотнесения частот U) и S1 производится за один такт измерения. На чертеже представлена блок-схема измерителя переменной магнитной индукции. Измеритель переменной магнитной индукции содержит датчик Холла 1, источник 2 переменного тока, катушку 3, формирователи 4 и 5 низко- и высокочастотной составляющих соответ;ственно. синхронные детекторы б и 7, переключатели 8 и 9, амплитудный де-тектор 10, дешифраторы 11 и 12, преобразователь 13 напряжение-код, дели тельное устройство 14, цифровое отсчетное устройство 15, блок 16 управ ления, измеритель 17 частоты, формирователь 18 опорной частоты и блок 1 анализа. Измеритель работает следующим образом. Выходной сигнал и-5(Вуу,со cut+ -Вдог,со551). B Sl COSUitco-iat г Аол датчика Холла 1 поступает на формироват ли 4 и 5 и измеритель 17 часто ты. Дальнейшая работа измерителя за висит от частоты измеряемой магнитной индукции Вл, Если ш7 Л, блок 19 анализа в пер вый такт измерения разрешает, прохож дение сигнала через дешифратор 12. В этом случае на преобразователь 13 напряжение-код через переключатель поступает вспомогательная составляю щая ,со%ш tcosSlt входного сигнала датчика Холла 1. Она вьщеляется фор мирователем 5 и через переключатель поступает на синхронный детектор 7, где преобразуется в постоянное напряжение. Код N выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, соответствующий измеряемой магнитной индукции переменного магнитного поля Вуу,г переписывается в делительное уст ройство 14 ,.K3, где К.- коэффициент преобразования формирователя высокочастотно составляющей; Kj- коэффициент преобразования синхронного детектора; Kj- коэффициент преобразования преобразования напряжениеВо второй такт коммутации на преобразователь 13 напряжение-код через переключатель 9 поступает сигнал с дешифратора 11, на который поступает разрешение с блока 19 анализа. В это случае на преобразователь 13 напряжение-код поступает низкочастотная составляющая В. опС,об2 Sl-t выходного сигнала датчика Холла 1. Она выделя ется формирователем 4 и преобразуется синхронным детектором б в постоянное напряжение. Код N выходного регистра преобразователя 13 напрял .ение-код, соответствукидий индукции дополнительного магнитного поля Вдд, переписывается в делительное устройство 14 -, где Кл - коэффициент преобразования формирователя низкочастотно составляющей; Кг - коэффициент преобразования синхронного детектора. При поступлении управляющего сигнала блока 16 управления устройство 14 деления совершает операцию деления числа N,f на число N. Результат деления при имеет в.ид NI , К. 4 Из последнего выражения видно, что устройство 14 деления фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции магнитного поля В и не зависящее от нестабильности тока питания датчика Холла, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразования формирователей высоко- и низкочастотной составляющих К и Кд. Если значение индукции дополнительного магнитного поля В принять за единицу измерения, то результат измерения пропорционален измеряемой индукции переменных магнитных полей. Еслиио О., блок 19 анализа в первый такт измерения разрешает прохождение сигнала дешифратора 12 через переключатель 9 на преобразователь 13 напряжение-код. В этом случае на преобразователь 13 напряжение-код поступает составляющая Вуу,51,соз Л tcosiwt выходного сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и поступает на амплитудный детектор 10, выходной сигнал которого пропорциональный измеряемому магнитному полю By CQiiuut, через переключатель 8 поступает на синхронный детектор 7. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через преобразователь 9 поступает на преобразователь 13 напряжение-код. Код N4 выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, равный к к к к к Г N4 - . -1 1.2. S б -и где (,- коэффициент преобразования амплитудного детектора, переписывается в делительное устройство 14 Во второй такт измерения блок 19 анализа разрешает прохождение сигнала дешифратора 12 через переключатель 9, и на преобразователь 13 напряжение-код поступает составляющая Бд,Со52 гЬвыходного сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и через переключатель 8 поступает на синхронный детектор 7, где преобразуется в постоянное напряжение . Код NJ выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, соответствующий дополнительному магнитному полю Вдоп, переписывается в делительное устройство - S-lsl b on l.При поступлении управляющега сигнала блока 16 управления устройство 14 совершает операцию деления числа N на число Nj. Результат деления при имеет вид Из последнего выражения видно, чт устройство 14 деления фиксирует в ви де статического кода число импульсов , пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля и не зависящее от нестабильности тока питания датчикаупараметров датчика и коэффициента преобразования К амплитудного детектора 10. Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить время цикла из мерения (независимо от частоты измеряемой магнитной индукции цикл измерения состоит из двух тактов), что позволяет за один и тот же промежуто времени провести измерений на 30% больше, чем при использовании извест ных устройств. Формула изобретения Устройство для измерения переменной магнитной индукции , содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, измеритель частот и блок анализа, датчик Холла, катушку, в.поле которой находится датчик Холла, последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь напряжение-код, делительный блок и цифровое отсчетное устройство формирователь опорной частоты, подключенный ко второму входу блока ана лиза, формирователи низкочастотной и высокочастотной составляющих, подклю ченные к датчику Холла, два синхронных детектора, амплитудный детектор, второй переключатель и блок управления, подключенный ко второму переключателю, ко вторым входам цифрового отсчетного устройства, преобразователя напряжение-код и делительного блока, выход формирователя низкочастотной составляющей соединен с первым синхронным детектором, выход формирователя высокочастотной составляющей через второй переключатель соединен с вторым синхронным детектором, амплитудный детектор включен между выходом формирователя высокочастотной составляющей и третьим входом второго переключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно вводятся два дешифратора, первый из которых включен между выходом первого синхронного детектора и вторым входом первого переключателя, а второй - между выходом второго синхронного детектора и третьим входом перрого переключателя, причем выход блока анализа подключен к вторым входам первого и второго дешифраторов,второму входу формирователя высокочастотной составляющей и четвертому входу второго переключателя, обмотка катушки соединена с источником переменного тока, блок управления подсоединен к третьему входу формирователя высокочастотной составляющей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 339884, кл. G 01 R 33/02, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2710571/21, кл. G 01 R 33/02, 09.01.79.